柔性接觸網(wǎng)隧道補(bǔ)償裝置的應(yīng)用

　　隧道接觸網(wǎng)補(bǔ)償裝置是隧道施工的關(guān)鍵部分，對(duì)隧道的安全性有著重要作用，本文以深圳地鐵羅寶線二期工程為例，探討柔性接觸網(wǎng)隧道補(bǔ)償裝置。

　　《現(xiàn)代隧道技術(shù)》(雙月刊)創(chuàng)刊于1964年，由中鐵西南科學(xué)研究院有限公司 和中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)隧道及地下工程分會(huì)共同主辦。創(chuàng)刊40多年來(lái)，《現(xiàn)代隧道技術(shù)》雜志緊緊圍繞辦刊宗旨，積極推動(dòng)我國(guó)隧道及地下工程專(zhuān)業(yè)技術(shù)進(jìn)步，深受?chē)?guó)內(nèi)隧道及地下工程專(zhuān)業(yè)人員的喜愛(ài)，是國(guó)內(nèi)影響最大的隧道及地下工程專(zhuān)業(yè)期刊之一。

　　對(duì)深圳地鐵羅寶線二期工程中西鄉(xiāng)至固戍站隧道接觸網(wǎng)補(bǔ)償裝置的重大安全隱患進(jìn)行具體分析，提出相應(yīng)整改辦法，并對(duì)其實(shí)際效益與推廣價(jià)值進(jìn)行了說(shuō)明。

　　深圳地鐵羅寶線接觸網(wǎng)工程為柔性全補(bǔ)償簡(jiǎn)單鏈型懸掛，使用單承力索、雙接觸線的安裝形式。下錨補(bǔ)償裝置是接觸網(wǎng)全補(bǔ)償系統(tǒng)中作用最為重要、結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的設(shè)備之一。當(dāng)溫度變化時(shí)，線索受溫度變化的影響熱脹冷縮出現(xiàn)伸長(zhǎng)或縮短。錨段兩端線索下錨處安裝的補(bǔ)償器，在其墜砣串重力的作用下，能夠自動(dòng)調(diào)整線索的張力并保持線索弛度滿足技術(shù)要求。

　　一、補(bǔ)償裝置問(wèn)題分析

　　本文以深圳地鐵羅寶線西鄉(xiāng)-固戍隧道區(qū)間為例，其8處接觸網(wǎng)下錨補(bǔ)償裝置安裝底座由于受地形限制，原應(yīng)安裝4根錨固螺栓的補(bǔ)償上底座現(xiàn)只安裝了3根，螺栓安裝處也存在隧道混凝土被局部開(kāi)挖，在實(shí)際運(yùn)行中，由于化學(xué)錨栓的化學(xué)藥劑遇到酸堿、水解作用會(huì)降低受力強(qiáng)度，且因施工工藝復(fù)雜，若藥劑填充不滿等其他施工質(zhì)量問(wèn)題，化學(xué)錨栓承受拉力時(shí)的強(qiáng)度迅速降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致化學(xué)錨栓脫落，造成接觸網(wǎng)塌網(wǎng)、中斷行車(chē)的巨大事故，被深圳地鐵列為R2級(jí)危險(xiǎn)源(除自然災(zāi)害外最高的安全隱患)。

　　隧道斷面安裝的補(bǔ)償裝置底座化學(xué)錨栓受直拉力，在化學(xué)錨栓失效時(shí)，補(bǔ)償裝置底座無(wú)任何防護(hù)措施，在受到3.6T的線索張力情況下補(bǔ)償裝置將立即拉脫。

　　補(bǔ)償裝置底座承受了水平的36KN張力與垂直的12KN重力，一般使用12根M20的化學(xué)錨栓，其中主要受力的是上底座的6根化學(xué)錨栓。而該隧道區(qū)間上下行的8處接觸網(wǎng)下錨補(bǔ)償?shù)鬃艿降匦蜗拗瓢惭b在隧道的橫斷面，補(bǔ)償上底座現(xiàn)只安裝了3根。一半數(shù)量的化學(xué)錨栓卻要承受了一樣的張力與重力，這樣安全隱患進(jìn)一步加大。

　　二、補(bǔ)償裝置問(wèn)題的處理

　　首先基于上節(jié)問(wèn)題進(jìn)行深入分析，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備材料進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)及選型。

　　1、更改補(bǔ)償器的下錨方式：斷面安裝改為側(cè)面安裝。

　　化學(xué)錨栓受直拉力時(shí)，一旦化學(xué)錨栓失效底座容易拉脫。而化學(xué)錨栓受剪切力時(shí)，及時(shí)失效底座也不會(huì)直接脫落。把在隧道斷面安裝的補(bǔ)償裝置更改為隧道側(cè)面安裝，并且按照正常補(bǔ)償?shù)鬃鶚?biāo)準(zhǔn)把上底座螺栓增加至六根，使之又近一步加大了安全系數(shù)。

　　由于原本在隧道斷面下錨的補(bǔ)償器更改到了馬蹄形隧道的側(cè)壁下錨。而馬蹄形隧道側(cè)壁為球面，有一定的弧度，這就需要要對(duì)補(bǔ)償裝置底座進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

　　補(bǔ)償裝置的底座斜角需要通過(guò)測(cè)量安裝位置的地形確定。首先確保設(shè)備限界，也就是補(bǔ)償裝置在最靠線路側(cè)的部位必須滿足設(shè)備限界要求;接著測(cè)得棘輪位置的中心線至上底座上螺栓的距離為150mm;棘輪中心線與墜砣塊中心線重合，墜砣塊邊緣距墜砣塊中心線的距離為140mm，最終得出上底座打孔的位置必須距離線路中心線2190mm以上。利用計(jì)算出來(lái)的孔距線路中心線的距離測(cè)量得到孔的大概高度，并且需根據(jù)地形情況具體調(diào)整。最終得出補(bǔ)償裝置安裝范圍1.5m至2m。

　　得出補(bǔ)償?shù)鬃惭b的高度后，以此高度范圍測(cè)量出安裝補(bǔ)償?shù)鬃乃淼纻?cè)壁的大體斜度，畫(huà)出底座設(shè)計(jì)圖。接著我們依照設(shè)計(jì)圖用木板自制一套底座的木模，并多次現(xiàn)場(chǎng)試裝比對(duì)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況再對(duì)圖紙進(jìn)行改進(jìn)。再用模型確定安裝底座螺桿的具體位置，用螺桿位置的數(shù)據(jù)計(jì)算出補(bǔ)償裝置底座準(zhǔn)確角度。然后通過(guò)測(cè)量得到補(bǔ)償?shù)鬃辆€路中心線的距離，在保證設(shè)備限界的情況下計(jì)算出底座主筋的長(zhǎng)度與棘輪的位置。最后經(jīng)過(guò)以上的測(cè)量與計(jì)算對(duì)補(bǔ)償?shù)鬃脑O(shè)計(jì)圖進(jìn)行修改，并最終以此設(shè)計(jì)圖制造出所需要的補(bǔ)償裝置底座。

　　2、化學(xué)錨栓的選型

　　經(jīng)市政院雷達(dá)探測(cè)，西固區(qū)間隧道壁中鋼筋網(wǎng)分布不均，最厚處混凝土保護(hù)層達(dá)200mm，原方案化學(xué)錨栓僅埋深170mm，化學(xué)錨栓所固定的范圍內(nèi)可能沒(méi)有鋼筋分布，導(dǎo)致螺桿承載力效果下降。同時(shí)考慮西固區(qū)間隧道滲水情況嚴(yán)重，也容易造成原化學(xué)錨栓的失效。于是需要更換現(xiàn)使用的喜利得HVU型化學(xué)錨栓，選擇喜利得HIT-RE 500-SD注射粘結(jié)型藥劑，以及5.8級(jí)鋼的420*M20化學(xué)錨栓，使之直接達(dá)到鋼筋層，加強(qiáng)螺桿的承載力。

　　此后對(duì)選用的化學(xué)錨栓的可靠性進(jìn)行深入研究。首先對(duì)新設(shè)計(jì)的補(bǔ)償?shù)鬃芰η闆r進(jìn)行分析， 36KN接觸線及承力索的張力全部加載在補(bǔ)償器上，再以三倍安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，也就是108KN。平均分配在主要受力的上底座的6根化學(xué)錨栓上也就是每根承載18KN的水平剪切力。豎直方向的12KN的墜砣塊以及補(bǔ)償?shù)鬃图啽旧砑s3KN的重力，再以三倍安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，也就是總共45KN，通過(guò)主筋平均分配在上下底座的10根化學(xué)錨栓上也就是每根承載4.5KN的豎直剪切力。最后按照三倍安全系數(shù)所計(jì)算的上 底座化學(xué)錨栓承受合力為18.55KN。即所選化學(xué)錨栓的承載力值必須達(dá)到以上計(jì)算出的錨栓所受的合力。

　　接著我們對(duì)所選定的化學(xué)錨栓進(jìn)行分析。N=0.25πd2 σy ，所使用的化學(xué)錨栓公稱(chēng)直徑D為20mm;根據(jù)使用的螺桿為5.8級(jí)鋼，化學(xué)錨栓屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值σy查找資料取為400N/mm2 ;化學(xué)錨栓錨固深度ls 取250mm;根據(jù)使用的粘結(jié)劑為A級(jí)，間距大于140mm，邊距大于70mm，隧道混凝土強(qiáng)度不小于C30，粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值σbd 按最小值取為4.0N/mm2 。

　　根據(jù)計(jì)算得出化學(xué)錨栓屈服時(shí)所承載的力N為125.6KN，化學(xué)錨栓粘結(jié)破壞時(shí)所受的力F為62.8KN。

　　化學(xué)錨栓屈服承載力值與化學(xué)錨栓粘結(jié)破壞力值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上一章節(jié)中按照三倍安全系數(shù)所分析計(jì)算出來(lái)的每個(gè)化學(xué)錨栓可能承受的力值18.55KN。此化學(xué)錨栓不但能夠達(dá)到受力要求，并且還具有一些附加屬性。此藥劑為膠狀，凝固后具有一定的防水性;使用前在注射槍內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)確保了螺桿的正常安裝。所以最終選定喜利得HIT-RE 500-SD注射粘結(jié)型藥劑配5.8級(jí)鋼的420*M20螺桿。

　　三、實(shí)際效益與推廣

　　將在隧道斷面下錨的接觸網(wǎng)補(bǔ)償裝置安裝形式，改造成在馬蹄形隧道側(cè)壁球面下錨的安裝形式。把原本受拉力的化學(xué)錨栓，改造成受剪切力并更換了化學(xué)錨栓型號(hào)及在數(shù)量上加多了一倍，使之提高了安全系數(shù)。此方法最終解決了深圳地鐵羅寶線西鄉(xiāng)至固戍站隧道補(bǔ)償裝置底座在隧道斷面安裝，而可能導(dǎo)致的補(bǔ)償裝置拉脫，引起接觸網(wǎng)塌網(wǎng)的問(wèn)題。延長(zhǎng)了化學(xué)錨栓的使用壽命，極大的保障了運(yùn)營(yíng)的安全。通過(guò)近半年的驗(yàn)證，確認(rèn)設(shè)備符合安全運(yùn)營(yíng)要求，并消除了深圳地鐵的一項(xiàng)R2級(jí)危險(xiǎn)源。同時(shí)引進(jìn)了一種新型的化學(xué)錨栓，使得施工的安全更加有保證并可在此后的工程當(dāng)中推廣使用。